Тепловые двигатели и нагнетатели. Лекция 27. ПТУ (часть 2) презентация

внутренние и внешние.

его расширении в турбине и снижают располагаемый теплоперепад.

К внутренним потерям относят:
1) потери кинетической энергии в соплах и на рабочих лопатках, вызванные трением потока о стенки, завихрениями и т.п. Эта энергия превращается в теплоту и повышает энтальпию РТ в конце процесса по сравнению с течением без трения;

перетоков РТ через внутренние зазоры между рабочими лопатками и корпусом турбины, между диафрагмой и валом и др.;

4) потери вследствие влажности пара возникающие в последних ступенях турбин: частицы влаги в паре, ударяясь о стенки лопаток, тормозят вращение ротора и снижают полезную работу.

между корпусом турбины и вала. Эти потери не влияют на состояние РТ в турбине, а лишь несколько увеличивают его расход;

2) механические потери, которые включают затраты энергии на преодоление трения в подшипниках турбины и на привод вспомогательных механизмов.

и эффективной (на валу) мощностью.

Эффективная мощность Nе меньше внутренней Ni на величину механических потерь.

Внутренняя мощность Ni меньше мощности Nо, развиваемой идеальной турбиной, работающей без потерь, на величину внутренних потерь.

оцениваются механическим КПД:

то же время изменение частоты вращения вала турбины для электрического генератора недопустимо.

пределах частоты вращения вала.

Регуляторы скорости паровых турбин многообразны по своему устройству и взаимному расположению отдельных элементов.

Самый простой регулятор скорости состоит из двух элементов: измерительного устройства и регулирующего органа.

Более сложные регуляторы имеют дополнительно ряд унифицированных элементов, таких как сервоприводы, устройства обратной связи и др.

в движение от вала турбины 3 посредством зубчатой передачи.

При увеличении частоты вращения турбины грузы 1 центробежного маятника под действием центробежных сил расходятся, перемещая вверх связанную с ним муфту 2.

Схема центробежного маятника

вниз.

Перемещение муфты передается при помощи механических связей (системы рычагов) или посредством гидроусилителей на регулирующие органы турбины – парораспределительные устройства, которые увеличивают или уменьшают мощность турбины, восстанавливая заданную частоту вращения вала.

Парораспределительные устройства бывают дроссельными, сопловыми, обводными и комбинированными.

h, s-диаграмме.

пар, направляемый к соплам, дросселируется.

Дросселирование пара (процесс 00´ при h = const) сопровождается потерями некоторой части располагаемого теплоперепада и ухудшением КПД турбины.

Дроссельное парораспределение при частичных нагрузках турбины неэкономично и применяется в турбинах малой мощности.

регулирующих клапанов.

Каждый клапан обслуживает свою группу сопл и при нормальной нагрузке полностью открыт.

При изменениях нагрузки турбины регулирующие клапаны последовательно открываются или закрываются.

так как через каждый клапан проходит лишь часть от общего количества пара, то потери от дросселирования здесь меньше, чем в турбине с дроссельным парораспределением.

или несколько промежуточных ступеней ЦВД (цилиндр высокого давления) через специальные байпасные последовательно открывающиеся клапаны.

Обвод пара применяют для обеспечения перегрузки сверх экономической мощности.

Чем дальше от первой ступени осуществляется добавочный подвод пара, тем больше пропускная способность перегрузочной ступени и следовательно, тем больше можно перегрузить турбину.

комбинированную систему: пропуск пара в пределах от холостого хода до экономической мощности изменяется при помощи соплового распределения, а увеличение нагрузки сверх экономической мощности достигается за счет обводного.

разряжения (вакуума) с целью увеличения используемого теплоперепада и повышения термического КПД паротурбинной установки. В конденсационную установку входят конденсатор 2, циркуляционный 3 и конденсатный 4 насосы, а также устройство для отсасывания воздуха из конденсатора 5 (обычно это – паровой эжектор).

– циркуляционный насос; 4 – конденсатный насос; 5 – поверхностные холодильники парового эжектора.

вода, которая подается циркуляционным насосом.

Вода, получившая тепло в процессе охлаждения конденсата, охлаждается в специальных установках (градирни, брызгальные бассейны и т.д.), которые входят в систему теплоэлектроцентрали.

Абсолютное давление пара в конденсаторах поддерживается в пределах 3,0 – 7,0 кПа.

от холостого хода до максимальной. Это наглядно иллюстрирует суточный график потребления электроэнергии ТЭЦ с двумя максимумами (утренний и вечерний).

Суточная загрузка ТЭЦ

с наивысшим абсолютным КПД), называется экономичной.

Длительная предельно допустимая мощность называется номинальной. Она на 10…20 % выше экономичной.

При кратковременных перегрузках можно получить мощность на 5…7 % выше номинальной.

Тепловой расчёт и проектирование турбины ведётся на экономическую мощность. При этом принимается наивыгоднейшее соотношение U/C1, а на других режимах оно несколько отличается от оптимального

свежего пара при впуске в турбину;
подводом свежего пара к одной или двум промежуточным ступеням (обводное распределение пара);
изменением числа открытых для свежего пара сопл в регулирующей ступени турбины (сопловое распределение). При этом изменяется степень парциальности.

На входе в турбину всегда устанавливается автоматический стопорный клапан, перекрывающий пар при аварийных ситуациях и экстренных остановках.

При дроссельном регулировании за стопорным краном устанавливается управляемый регулятором дроссельный клапан, уменьшающий расход и давление пара на входе в турбину, что естественно приводит к уменьшению её мощности.

Дроссельное регулирование увеличивает внутренние потери и существенно уменьшает КПД установки.

и попадает в первые ступени, а большая часть пара с высоким давлением по перепускному трубопроводу направляется во второй участок, который работает на экономичном режиме.

Широкое распространение нашли турбины с сопловым распределением.

В этом случае на первой ступени по главной окружности устанавливается шесть (или больше) клапанов, каждый из которых может полностью перекрыть пар к 1/6 части сопл.

к общему числу сопл этой ступени называют степенью парциальности турбины (точнее это доля окружности по среднему диаметру сопловой решётки, через которую пар проходит в открытые сопла).

Сопловое парораспределение позволяет изменять расход пара практически без изменения его начальных параметров, и поэтому потери в лопаточных каналах почти такие же, как и при номинальном режиме.

эффект обычно получают за счёт соплового парораспределения.

Схема организации регулирования мощности паровой турбины:
1 – отсечной клапан; 2 – дросселирующий клапан; 3 – клапана соплового парораспределения; 4 – обводной клапан; 5 – клапан внутреннего обвода

постоянной.

Неизменным остаётся и отношение между расходом пара и вращающим моментом на валу турбины.

Изменение нагрузки, например уменьшение её, приведёт к увеличению числа оборотов и угловой скорости вращения вала.

Чтобы сохранить прежней скорость вращения вала, нужно настолько уменьшить расход или параметры пара, чтобы энергия, отдаваемая им на лопатках турбины в точности соответствовала энергии, необходимой для создания уменьшенного крутящего момента на валу электрогенератора.

место равенство мощностей или крутящих моментов на выходной муфте турбины и приёмном фланце генератора:

инерции, поэтому и уравнение моментов в этом случае должно включать ещё и момент от сил инерции:



где

JТ и JГ – моменты инерции масс роторов турбины и генератора, соответственно;
dω/dτ – угловое ускорение валов.

постоянство заданной скорости ω.
Для этого служит соответствующий регулятор скорости. Часто это центробежный регулятор, изобретённый ещё Уаттом.

Схема регулятора паровой турбины

силы, растягивая пружину, перемещают грузы от оси вращения.

Грузы перемещают вверх муфту, связанную с золотником сервомотора.

При перемещении золотника вверх открывается соответствующий канал, через который масло от маслонасоса под давлением попадает в силовой цилиндр, давит на поршень и перемещает тягу, управляющую дроссельным или отсечными клапанами.

дросселированию пара перед турбиной (показано на рисунке), или к перекрытию каналов к части сопл при сопловом регулировании.

Как правило, давление пара на выходе из турбины при регулировании мощности остается постоянным, поскольку оно определяется температурой в конденсаторе.